DE3720464C3 - Lüfteranordnung für eine außenbelüftete elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lüfteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 2.

Eine Lüfteranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist im Elektromotor des Typs 1 LA 6 der Firma Siemens enthalten. Die Lüfteranordnung weist einen deckscheibenlosen Radiallüfter und eine Lüfterhaube mit einem zylindrischen Wandteil und einem Lufteinlaß auf. Das Verhältnis des Lüfterraddurchmessers zum Durchmesser des ersten zylindrischen Wandteils beträgt bei der zweipoligen Maschine 0,369 und bei der achtpoligen Maschine 0,589. Die Form der Lüfterhaube entspricht der auch sonst nach dem Stand der Technik üblichen und in Fig. 1 der vorliegenden Patentschrift dargestellten Ausführung.

Der Auslegeschrift 25 58 405 ist eine Radiallüfteranordnung zu entnehmen mit einer Lüfterhaube, die einen kegelstumpfförmigen Wandteil aufweist, dessen Neigungswinkel gegen die Richtung der Wellenachse kleiner ist, als der Öffnungswinkel der Lüfterflügeltragscheibe.

Aus der CH-PS 6 11 086 ist eine Lüfteranordnung mit einem großen deckscheibenlosen Lüfterrad bekannt, wobei der Lüfterraddurchmesser nahezu an den Durchmesser der Lüf­ terhaube bzw. der gesamten elektrischen Maschine heran­ reicht (vergl. dort Fig. 3). Die Lüfterflügel des dabei verwendeten Lüfterrades weisen eine gekrümmte Außenkante auf, wodurch eine Anpassung an die Haubenkontur gegeben ist. Der Luftspalt zwischen Lüfterrad und Haube muß mög­ lichst klein sein, um die Geräuschentwicklung und Lei­ stungsverluste aufgrund einer parasitären Rückströmung niedrig zu halten. In der CH-PS 6 11 086 wird dargelegt, daß diese bekannte Anordnung hohen Forderungen an die Laufruhe nicht gerecht werden kann. Um relativ kleine Lüfterräder verwenden zu können, ist aus der dortigen Fig. 2 eine Lösung mit feststehendem Leitapparat be­ kannt, wobei jedoch darauf hingewiesen wird, daß trotz aufwendiger Fertigung keine befriedigende Lösung zu er­ reichen ist, weil eine relativ große parasitäre Rück­ strömung auftritt. Um diese Nebenströmung klein zu hal­ ten, wird eine dort in Fig. 1 dargestellte Lösung vor­ geschlagen, die wiederum ein großes Lüfterrad vorsieht, dessen Lüfterflügel von einem mantelförmigen Leitelement umgeben und mit diesem verbunden sind. Allerdings lassen sich auch mit dieser Anordnung erhöhte Anforderungen bezüglich Geräuschminderung nicht erfüllen.

In der DE-PS 32 07 448 wird darauf hingewiesen, daß deckscheibenlose Lüfterräder entsprechend der CH 6 11 086 eine Anpassung der Lüfterhaube an Maschinen mit zwar gleicher Achshöhe aber unterschiedlicher Polzahl erfor­ derlich machen. Es ist nämlich üblich, mit Rücksicht auf die Geräuschentwicklung die Lüfterräder nur so groß aus­ zuführen, wie es bei einer gegebenen Polzahl und damit der Drehzahl im Hinblick auf eine gewünschte Lüfterlei­ stung erforderlich ist. Um eine einheitliche Lüfterhaube für Achshöhen gleicher Maschinen unterschiedlicher Pol­ zahl verwenden zu können, wird in der DE-PS 32 07 448 eine Lüfterhaube mit einem zylinderförmigen Wandteil und ei­ ner geraden senkrecht zur Wellenachse ausgerichteten Stirnseite vorgeschlagen. Der Lufteinlaßdurchmesser muß allerdings in einem bestimmten Verhältnis zum Lüfterrad­ durchmesser stehen.

In der aus der DE-PS 32 07 448 bekannten Haube bildet sich eine kräftige parasitäre Rückströmung aus, die den Hauptstrom durch das Lüfterrad einschnürt und somit die Lüfterleistung verringert. Außerdem verschlechtert die parasitäre Rückströmung den Wirkungsgrad und vor allem entstehen relativ hohe Lüftergeräusche.

Der DE-OS 26 49 181 sind Vorschläge zur Verwendung einer bei Radiallüfteranordnungen üblichen Haube für eine Axiallüfteranordnung zu entnehmen. Dazu wird vorge­ schlagen, entweder das Axiallüfterrad mit einem Luftfüh­ rungsrohr zu versehen, das als Teil des Lüfterrades mit­ rotiert, oder einen Einsatzteil in der Haube vorzusehen, der ebenfalls eine Führung der Zuluft bewirkt. Diese Maßnahmen ergeben einen hohen Lüfterwirkungsgrad, also geringe Verluste und sind Konstruktiv relativ einfach aufgebaut. Eine An­ regung zur Verbesserung einer Radiallüfteranordnung ist der Druckschrift nicht zu entnehmen.

Schließlich ist in dem DE-GM 73 36 007 eine Radiallüfteranordnung mit einem großen Lüfterrad beschrieben und in der Zeichnung dargestellt. Die zugehörige Lüfterhaube weist einen kegelstumpfförmigen Wandteil auf, der durch ein senkrecht zur Motorwelle angeordnetes Lufteinlaßgitter abgeschlossen ist. Die Anordnung ist zwar rückströmungs­ arm, jedoch nicht geräuscharm. Eine Anregung zur Gestaltung der Lüfterhaube bei Verwendung eines Lüfter­ rades mit wesentlich kleinerem Durchmesser ist dem Gebrauchsmuster nicht zu entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lüfteran­ ordnung anzugeben, die zu einer weiteren Geräuschminde­ rung führt und trotzdem einfach herzustellen ist und nur geringe Verluste aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Lüfteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Mit der Erfindung wird eine Haubengestaltung vorgeschla­ gen, die eine Entstehung einer parasitären Rückströmung praktisch ganz verhindert. Der gesamte Schaufelkanal­ querschnitt kommt zur Wirkung, wodurch die benötigte Lüfterleistung mit einem wünschenswert kleinen Lüfterrad erreicht wird. Die Lüftergeräusche sind sehr gering. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann vorteilhaft für achs­ höhengleiche Maschinen eine einheitliche Lüfterhaube verwendet werden. Diese einheitliche Lüfterhaube wird zweckmäßig für eine vierpolige Maschine optimiert. Das Lüfterrad für eine zweipolige Maschine wird zwar im Durchmesser kleiner ausgeführt, wodurch ein größerer Spalt zwischen dem zweiten zylindrischen Wandteil und den Lüfterschaufeln entsteht, der jedoch nur einen ge­ ringen Einfluß auf die Lüftereigenschaften hat.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen darge­ stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Gestaltung einer Lüfterhaube,

Fig. 3 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Gestaltung einer Lüfterhaube mit haubenförmi­ gem Abdeckgitter für den Lufteinlaß,

Fig. 1 zeigt eine bei realisierten elektrischen Maschi­ nen häufig anzutreffende Lüfteranordnung, die in ähnli­ cher Ausführung auch aus der DE-PS 32 07 448 bekannt ist. Auf einer Maschinenwelle 1 einer geschlossenen elektri­ schen Maschine 2 ist ein Lüfterrad 3 angeordnet. Das Lüfterrad 3 hat eine Tragscheibe 4 für einige Lüfterflü­ gel 5. Die Lüfterflügel 5 weisen eine gerade, etwa pa­ rallel zur Welle 1 verlaufende Oberkante 6 und eine dazu senkrechte Stirnkante 7 auf. Das Lüfterrad 3 ist abge­ deckt durch eine Lüfterhaube 8 mit einem zylindrischen Wandteil 9 und einem senkrechten Wandteil 10 mit einem Lufteinlaß 11, der durch ein Gitter 12 abgedeckt ist. In dieser Anordnung bildet sich ein Hauptluftstrom 13 und ein parasitärer Rückstrom 14 aus. Der Hauptluftstrom 13 wird über Luftauslässe 15 zu nicht dargestellten Kühl­ rippen an der elektrischen Maschine 2 geführt. Der para­ sitäre Rückstrom 14 schnürt den Hauptluftstrom 13 nahezu im gesamten Strömungskanal vom Lufteinlaß 11 bis zum Luftauslaß 15 ein und verursacht somit erhebliche Verlu­ ste.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße erste Variante einer Lüfteranordnung, bei der sich ein kräftiger Hauptluft­ strom 13 ausbildet und praktisch keine parasitäre Rück­ strömung. Dies wird erreicht durch einen kegelstumpfför­ migen Wandteil 16, der sich an einen ersten zylindri­ schen Wandteil 17 anschließt, der an den Durchmesser D_M der elektrischen Maschine 2 angepaßt ist. Der kegel­ stumpfförmige Wandteil 16 ist angepaßt an den nicht ein­ geschnürten Luftstrom 13. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine optimale Anpassung der Haube 8 an den Verlauf der Strömung 13 erreicht wird, wenn der Neigungswinkel β des kegelstumpfförmigen Wandteils 16 gegenüber dem er­ sten zylindrischen Wandteil 17 kleiner ist als der Öff­ nungswinkel α der Tragscheibe 4 gegenüber der Welle 1. Damit kann erreicht werden, daß der Kanalquerschnitt für den Luftstrom 13 etwa konstant bleibt vom Austritt aus dem Lüfterrad 3 bis zum Luftauslaß 15.

Aus strömungstechnischen Gründen wäre es optimal, wenn der kegelstumpfartige Wandteil 16 etwa in der Mitte und wenig oberhalb der Oberkante 6 der Lüfterflügel 5 enden würde und der restliche Teil des Lüfterrades 3 ohne Ab­ deckung aus der Maschine ragen würde. Dies ist jedoch nur bei Schutzart IPO, nach DIN IEC 34 Teil 5, bzw. VDE 0530, Teil 5 zulässig. Des­ halb ist in der ersten Ausführungsvariante ein geschlos­ sener zweiter zylindrischer Wandteil 18 vorgesehen, der sich an den kegelförmigen Wandteil 16 anschließt und stirnseitig durch ein Gitter 12 abgedeckt ist. Der Ab­ stand zwischen dem Gitter 12 und dem Lüfterrad 3 ist un­ kritisch und richtet sich allein nach den einschlägigen Sicherheitsvorschriften. Auch der Abstand zwischen Lüf­ terrad 3 und zweitem zylindrischem Wandteil 18 ist nicht sehr kritisch im Hinblick auf die Lüftereigenschaften. Deshalb ist es möglich, eine einheitliche Haube 8 für achshöhengleiche Maschinen unterschiedlicher Polzahl vorzusehen, wobei man die Haube zweckmäßig für die vier­ polige Maschine optimiert, wobei der Durchmesser D_L des Lüfterrads 3 etwa halb so groß ist, wie der Durchmesser D_M der elektrischen Maschine 2. Der Lüfterraddurchmesser D_L für die zweipolige Maschine ist typisch etwa 0,3mal Maschinendurchmesser D_M.

Fig. 3 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungs­ variante, die bevorzugt wird, weil sie zu einer weiteren Geräuschminderung führt. Dabei kann die Luft nicht nur von der Stirnseite, sondern auch von der Seite in den Bereich des Lüfterrades einströmen, wobei jedoch die von der Seite einströmenden Luftstromteile keine parasitäre Rückströmung, sondern Teil des Hauptstromes sind. Diese zweite Variante kann realisiert werden durch eine durch­ brochene Ausführung des zweiten zylindrischen Wandteils 18 oder durch Weglassen des zweiten zylindrischen Wand­ teiles und Aufsetzen eines haubenförmigen Gitters 20 auf den kegelstumpfförmigen Wandteil 16.

Das Lüfterrad 3 kann, wie in der Zeichnung dargestellt, auf die Welle aufgeschoben sein, kann aber auch auf die Stirnseite der Welle montiert werden. Je nach Anforde­ rung an Festigkeit, Herstellkosten, Magnetisierbarkeit, Gewicht sowie chemischer und thermischer Beständigkeit kann die Lüfterhaube 8 aus Stahl, Nichteisenmetallen oder Kunststoff gefertigt sein.

Claims (3)

1. Lüfteranordnung für eine außenbelüftete elektrische Maschine

• a) mit einem auf deren Welle außerhalb des Maschinen­ gehäuses angeordneten deckscheibenlosen Radiallüfter, der aus einem Lüfterrad mit einer Tragscheibe und mehreren Lüfterschaufeln besteht,
• b) mit einer Lüfterhaube, die aufweist:
  • - mindestens einen ersten zylindrischen Wand­ teil, der mit seinem Außendurchmesser an die Maschinenkontur angepaßt ist,
  • - einen kegelstumpfförmigen Wandteil, der sich mit seiner Öffnung mit dem größeren Durchmesser an den ersten zylindrischen Wand­ teil anschließt und
  • - einen Lufteinlaß, und
• c) bei der im Radiallüfter ein Lüfterrad eingesetzt ist, bei dem das Verhältnis des Lüfterrad­ durchmessers (D_L) zum Durchmesser (D_M) des ersten zylindrischen Wandteils der Lüfterhaube bei achtpoligen Maschinen etwa 0,5 beträgt und bei zweipoligen Maschinen etwa 0,3, und wobei die Lüfterflügeltragscheibe des Lüfterrades gegen die Welle einen Öffnungswinkel Alpha im Bereich von 45° bis 90° aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• d) der an den Strömungsverlauf in der Haube (8) angepaßte mit seinem kleineren Durchmesser etwa im Bereich der Mitte der axial verlaufenden Oberkante (6) der Lüfterschaufeln (5) endet,
• e) der Neigungswinkel Beta des kegelstumpfförmigen Wandteils (16) gegen die Richtung der Wellenachse jeweils kleiner ist als der gewählte Öffnungswinkel Alpha, und
• f) sich an die kleinere Öffnung des kegelstumpfförmigen Wandteils (16) der Haube (8) ein zweiter etwa zylin­ drischer Wandteil (18) mit einer geschlossenen Zylinder­ wand anschließt, der auf der Seite des Lufteinlasses mit einem Gitter (12) abgeschlossen ist.

2. Abwandlung der Lüfteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich an die kleinere Öffnung des kegelstumpfförmigen Wandteils (16) der Haube (8) anschließende zweite etwa zylin­ drische Wandteil (18) Durchbrechungen für einen zusätzlichen Lufteinlaß aufweist und mit einem Gitter (12) abgeschlossen ist.